JP2003046010A - 気密封止型電子部品 - Google Patents

気密封止型電子部品

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JP2003046010A
JP2003046010A JP2001230782A JP2001230782A JP2003046010A JP 2003046010 A JP2003046010 A JP 2003046010A JP 2001230782 A JP2001230782 A JP 2001230782A JP 2001230782 A JP2001230782 A JP 2001230782A JP 2003046010 A JP2003046010 A JP 2003046010A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧入後の気密性を低下させることなく無鉛化
に対応するとともに、耐熱性に優れた気密封止を行う電
子部品を提供する。 【解決手段】 ベース1は、金属製のシェル10と、当
該シェル内に充填された絶縁ガラス13と、当該絶縁ガ
ラス13に貫通固定されたリード端子11,12とから
なる。シェルおよびリード端子表面には、ニッケル層あ
るいは銅層が2〜6μmの厚さで形成され、その上面に
は錫層が3〜10μmの厚さで形成される。またその上
面には銀層が5〜20μmの厚さで形成され、さらにそ
の上面には極薄の金層が0.05 〜0.2μmの厚さで
形成される。リード端子のインナー側11a,12aに
音叉型水晶振動子片を接合し、キャップを圧入する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は水晶振動子等の電子部品
に関するものであり、特に無鉛化に対応した気密封止型
の電子部品に関するものである。
【0002】
【従来の技術】金属製のシェルに絶縁ガラスが充填さ
れ、当該絶縁ガラスにリード端子が貫通固定された気密
ベースを用い、当該気密ベースに円筒状のキャップを圧
入する気密封止構成は、例えば特公昭58−47083
号で開示されているように音叉型水晶振動子等で慣用さ
れている。当該気密封止はベース、キャップのいずれか
一方あるいは両者の接合部分に軟質金属を形成し、相対
的に大きな径の略円柱状のベースに円筒状のキャップを
圧入することにより、軟質金属の塑性変形によりシール
が行われるものである。
【0003】従来の構成は、例えばベースの金属製のシ
ェルの基材はコバールからなり、その表面にニッケルあ
るいは銅層がメッキ等の手段により形成され、さらにそ
の表面に錫層を形成した構成である。また、キャップは
洋白等の鉄ニッケル系合金からなり、少なくともベース
と圧接される領域には鉛1:錫9比率の半田が形成され
ていた。以上の構成により、ベース側の錫やキャップ側
の半田層が軟質であるため、両金属が強く密着した状態
で圧入されることにより塑性変形し、圧入を容易にして
いた。
【0004】ところで近年においては、リフローソルダ
リング環境に対応させる必要がでてきた。すなわち、リ
フローソルダリングにおいては、240〜260℃の高
温環境により実装基板への搭載を行うため、この圧入部
分の金属構成も耐熱性が要求されるようになった。
【0005】このような要求に対応するために半田組成
を例えば鉛9:錫1と鉛含有量を増加させ融点を上げた
半田が用いられてきた。しかしながら、鉛は人体に対し
て有害な物質であるため世界的にその使用を抑制あるい
は禁止する傾向にある。上記半田組成はこのような無鉛
化の動向に反するものであり、代替品が求められてい
た。
【0006】このような無鉛化を考慮した構成が特開2
001−68194号に開示されており、この中で無鉛
化されたろう材として錫−銀系合金あるいは錫−ビスマ
ス系合金が例示されている。しかしながらこのような合
金は表面に酸化層が形成されやすく、軟質金属による気
密性能が極端に低下することがあった。また本公開公報
には、ろう材の表面に酸化防止用の錫膜を形成した旨も
開示されているが、錫膜の融点は220℃であり、上述
のリフローソルダリング温度よりも融点が低く、気密性
低下をまねくおそれがあった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記問題点を
解決するためになされたもので、圧入後の気密性を低下
させることなく無鉛化に対応することを1つの目的とす
るとともに、耐熱性に優れた気密封止を行う電子部品を
提供することをもう一つの目的とするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は請求項1に示す
ように、金属製のシェルに絶縁ガラスが充填され、当該
絶縁ガラスにリード端子が貫通固定された気密ベース
と、当該ベースに搭載される電子素子と、前記ベースが
圧入されることにより前記電子素子を気密封止するキャ
ップとからなる電子部品において、少なくとも前記金属
製のシェルには錫層が形成され、当該錫層上に銀層が形
成され、当該銀層上に極薄の金層が形成されていること
を特徴としている。
【0009】前記錫層は軟質金属であり、圧入時の気密
性確保が有効に機能し、前記銀層は錫層で不足している
耐熱性を補い、リフローソルダリング等の比較的高い温
度条件にさらされた場合でも錫層の軟化を抑制する。ま
た金層は下の銀層の酸化を防止するとともに、良好な延
性により圧入をスムーズに進めることができ、また気密
性を向上させることができる。
【0010】また請求項2に示すように、請求項1記載
の構成において、前記錫層および銀層および金層の構成
をリード端子にも形成してもよい。最上層の金層により
リード端子の酸化を防止でき、実装基板への半田付け性
を向上させることができる。
【0011】また請求項3示すように、上記各構成にお
いて、前記銀層が前記錫層より厚い構成としてもよい。
このような構成により、上記各作用効果に加えて銀層が
比較的厚い状態であるので、耐熱性を高めることができ
る。
【0012】さらに請求項4に示すように、前記錫層と
前記銀層間に錫と銀の合金層が形成されている構成とし
てもよい。このような構成により、上記各作用効果に加
えて当該合金層は錫層および銀層形成後、拡散処理によ
り形成することができる。合金層は錫層単体の場合に比
べて融点を高めるとともに、錫のもつ軟質性を兼ね備え
ているので、耐熱性を高めまた良好な気密性を確保する
ことができる。
【0013】また請求項5に示すように、前記金層を
0.05μm〜0.2μmの厚さで形成してもよい。この
ような構成により、上記各作用効果に加えて金層は前述
のとおり銀層の酸化を防止するとともに、良好な延性に
より圧入をスムーズにすることができる。この金層は適
切な厚さが必要であり、0.05μm以下の厚さでは酸
化防止膜としての機能が十分ではなく、ベース表面に酸
化層が形成され、圧入時の気密性が低下することがあ
る。また金は高価な金属であるので、厚く形成するとコ
スト高となる。0.2μm以上形成しても金の延性によ
る気密性向上に変化がないので、コストと機能確保を勘
案すると0.05〜0.2μmの厚さにすることが好ま
しい。
【0014】次に本発明品と従来品について、各性能に
ついて比較確認を行った。確認した性能は、気密性、半
田付け性、耐熱(耐リフローソルダリング)性能であ
る。気密性はヘリウムリーク試験により確認した。すな
わち、各々メッキ処理したベースに水晶振動素子(電子
素子)を搭載し、キャップにて気密封止(圧入)した水
晶振動子をヘリウムリーク試験により気密性能を確認し
た。試験前後で特性変化が所定基準内のものを良品
(○)、所定基準外のものを不良品(×)とした。
【0015】半田付け性は半田ぬれ性試験により確認し
た。水晶振動子の外部リード端子を所定条件で半田槽に
浸漬し、浸漬部分のぬれ割合(ぬれ面積割合)について
観察した。ぬれ割合が85%以上のものを良品(○)と
し、特にぬれ割合が95%以上のものを優良品(◎)と
した。またぬれ割合が75%以下のものを不良品(×)
とした。
【0016】また耐熱(耐リフローソルダリング)性能
は所定条件(例えばリフローソルダリング環境の240
〜260℃)の加熱による特性変化の有無により確認し
た。試験前後で特性変化が所定基準内のものを良品
(○)、所定基準外のものを不良品(×)とした。
【0017】試験結果を表1に示す。
【表1】 いずれの金属膜もベースのシェルおよびリード端子に形
成した。従来品1はPb9:Sn1含有の耐熱半田を1
2μm形成したもので、従来品2はSnを5μm、その
上にAgを3μm形成したもの、従来品3はSnを5μ
m、その上にAgを8μm形成したものである。また、
本発明品1はSnを5μm、その上にAgを8μm、そ
の上にAuを0.02μm形成したもの、本発明品2は
Snを5μm、その上にAgを8μm、その上にAuを
0.05μm形成したもの、本発明品3はSnを5μ
m、その上にAgを8μm、その上にAuを0.1μm
形成したものである。
【0018】上記実験結果から、気密性についてはいず
れの試験品についても良好な結果を得ているが、半田付
け性については本発明品のみが良好な結果を得ており、
特に本発明品2と3は95%以上の半田ぬれ性を示して
おり、半田付け性が極めて良好であることを示してい
る。また耐熱性については、Ag膜の薄い従来品2以外
は良好な結果を得ている。以上、本発明品はいずれの性
能も良好で実用性が高く、特にAu層を0.05μm以
上にすると半田付け性が極めて良好になることが理解で
きる。なお、Au層を厚くしすぎるとコスト高を招くの
で、0.2μmの厚さ以下にすることが好ましい。
【0019】
【実施例】本発明の実施例について、図面を参照して説
明する。図1は音叉型水晶振動子の分解した内部構造を
示す図であり、図2は図1のベース部分の部分拡大図で
ある。
【0020】ベース1は、金属製のシェル10と、当該
シェル内に充填された絶縁ガラス13と、当該絶縁ガラ
ス13に貫通固定されたリード端子11,12とからな
る。シェル10は例えばコバールあるいは鉄ニッケル系
合金を基体としており、上下に貫通した円筒形状を有し
ている。リード端子11,12は例えばコバールを基体
とし線状に加工され、かつ前記シェルに所定の間隔をも
って貫通配置されている。絶縁ガラス13は例えばホウ
ケイ酸ガラスからなり、前記シェル10とリード端子1
1,12とを各々電気的に独立した状態でガラス焼成技
術により一体的に成形される。
【0021】この一体成形されたベースを酸洗浄等によ
り金属表面の洗浄や浸炭部分の除去を行い、その後次の
金属被膜が形成される。シェルおよびリード端子のコバ
ール表面には、ニッケル層あるいは銅層が2〜6μmの
厚さで形成され、その上面には錫層が3〜10μmの厚
さで形成される。またその上面には銀層が5〜20μm
の厚さで形成され、さらにその上面には極薄の金層が
0.05 〜0.2μmの厚さで形成される。これら各金
属被膜形成はバレルメッキを用いるとよい。バレルメッ
キは被膜形成対象物を投入したバレルをメッキ浴に浸漬
し、バレルを回転させることにより電解メッキを効率的
に行うことができ、またバッチ処理が可能であることか
ら、量産性にも優れている。
【0022】このようなメッキ処理により、ベースのシ
ェルおよびリード端子表面に上記各金属層が形成され
る。そしてリード端子のインナー側11a,12aには
電子素子である音叉型水晶振動子片が半田等により接合
される。音叉型水晶振動子片の主面および側面には図示
していないが1対の励振電極が形成されており、それぞ
れの電極がリード端子部分に引き出されている。
【0023】キャップ3は洋白(Cu−Ni−Zn系合
金)からなり、有底の円筒状を有している。キャップの
外周および内周面にはニッケル層31がメッキ等の手段
により形成されている。なお、当該キャップに形成する
金属層は、ニッケルに代えて銅または銀または金を用い
てもよいし、ニッケル、銅、銀、金を適宜組み合わせた
多層構造であってもよい。キャップの内径は前記ベース
のシェル部分よりも若干小さく設計されており、例えば
2〜5%小さな内径に設定されている。このようなキャ
ップを真空雰囲気中で前記電子素子である音叉型水晶振
動子片を被覆し、キャップ開口部をベースに圧入するこ
とにより、ベースとキャップが強く密着しキャップ内部
が真空状態に保たれた気密封止を行うことができる。
【0024】以上により、リード端子のアウター側11
b、12bには表面に極薄の金層が形成された電子部品
を得ることができ、これにより実装基板への半田付けも
半田付け性が低下することなく、スムーズな実装を行う
ことができる。なお電子素子をリード端子に接合する半
田および電子部品を実装基板に接合する半田も無鉛のも
ので、かつ耐熱性に優れた材料を用いることにより、電
子部品のトータルとしての無鉛化、耐熱性対応の電子部
品を得ることができる。
【0025】また、上記構成において錫層と銀層間に両
者の合金層を形成してもよい。合金層の形成は例えば錫
層、銀層をメッキ形成した後、例えば210℃の真空雰
囲気中にて数時間の加熱により拡散処理を行うとよい。
合金層領域は拡散処理時間により制御することができ
る。
【0026】錫と銀の合金層を形成することにより、錫
の持つ軟質性を有するとともに、当該領域の融点を高く
することができ、耐熱性に優れた金属層を得ることがで
きる。なお、金層は上記拡散処理後に形成すればよい。
【0027】なお、上記実施例においては、真空封止を
行う音叉型水晶振動子を例示したが、不活性ガス雰囲気
で他の振動モードの水晶振動子に適用すること可能であ
るし、他の電子素子の気密封止に適用することも可能で
ある。
【0028】
【発明の効果】本発明によれば、前記錫層の軟質性によ
り、圧入時の気密性確保が有効に機能し、金層により銀
層の酸化を防止するとともに、良好な延性により圧入を
スムーズに進めることができる。よって、圧入後の気密
性を低下させることなく無鉛化に対応した気密封止型電
子部品を得ることができる。
【0029】また銀層により耐熱性を向上させることが
できるので、リフローソルダリング等の比較的高い温度
条件にさらされた場合でも錫層の軟化を抑制する。よっ
て、耐熱性も向上させることができる。
【0030】また請求項2によれば、上記効果に加えて
最上層の金層によりリード端子の酸化を防止でき、実装
基板への半田付け性を向上させることができる。
【0031】また請求項3によれば、上記各効果に加え
て銀層が比較的厚い状態であるので、下層の錫の軟化を
抑制し、耐熱性を高めることができる。
【0032】さらに請求項4によれば、上記各効果に加
えて合金層を形成することにより、耐熱性を高めまた良
好な気密性を確保することができる。
【0033】また請求項5によれば、上記各効果に加え
て酸化防止膜としての機能を確保することができるとと
もに、コストを低く抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】音叉型水晶振動子の分解した内部構造を示す
図。
【図2】図1のベース部分の部分拡大図。
【符号の説明】
1 ベース 10 シェル 11,12 リード端子 13 絶縁ガラス

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 金属製のシェルに絶縁ガラスが充填さ
    れ、当該絶縁ガラスにリード端子が貫通固定されたベー
    スと、当該ベースに搭載される電子素子と、前記ベース
    に圧入されることにより前記電子素子を気密封止するキ
    ャップとからなる電子部品において、 少なくとも前記金属製のシェルには錫層が形成され、当
    該錫層上に銀層が形成され、当該銀層上に極薄の金層が
    形成されていることを特徴とする気密封止型電子部品。
  2. 【請求項2】 前記錫層および銀層および金層の形成が
    リード端子にも形成されていることを特徴とする請求項
    1記載の気密封止型電子部品。
  3. 【請求項3】 前記銀層が前記錫層より厚いことを特徴
    とする請求項1または請求項2記載の気密封止型電子部
    品。
  4. 【請求項4】 前記錫層と前記銀層間に錫と銀の合金層
    が形成されていることを特徴とする請求項1乃至請求項
    3のいずれか1項に記載の気密封止型電子部品。
  5. 【請求項5】 前記金層が0.05μm〜0.2μmの厚
    さであることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいず
    れか1項に記載の気密封止型電子部品。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007067265A (ja) * 2005-09-01 2007-03-15 Nec Schott Components Corp 素子保護用電子部品およびその製造方法
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CN106452385A (zh) * 2016-08-29 2017-02-22 浙江晶电子科技有限公司 一种耐高温柱晶

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